传感器技术在机械电子中的应用探析

传感器技术在机械电子中的应用探析

李佳豪

新疆立新能源股份有限公司， 新疆 乌鲁木齐市 830000

摘要：机械电子工程综合了机械设备以及电子技术等学科的内容，其发展直接关系到包括生产行业、交通运输、医疗器械以及日常生活的方方面面。随着工业信息化的发展，传感器技术赋予了将机械电子工程应用于更多行业的可行性，借助各种传感器技术可以实现将各种微小信号转变成电信号的功能，各种传感器技术凭借其高灵敏性以及高可靠性的特点，在精确加工与控制领域中发挥着不可替代的作用。由于传感器原理十分多样化，因此只有把握好传感器的原理才能够在特定的工作场景进行正确的设备选型，同时不断发展传感器技术，进一步拓展传感器技术在机械电子领域的应用和发展空间。

关键词：传感器技术；机械电子；应用

引言

机械电子工程技术是以机械工程技术为核心，将信息化技术融入零件的制造工艺编制、数控加工、质量检测及机电设备维修等领域，实现机械设备的一体化控制，从而不断提高机械设备自动化效率的技术。机械电子工程融合电学、机械、计算机编程、信息控制等各个学科于一体，被很多学者称为“机电一体化”，机械电子技术使得机械制造更加智能化，提升了机械制造的效率，进而使我国的传统制造实现快速升级。

1传感器技术

1.1传感器技术的定义与研究现状

传感器可以实现对微小信号的感知和传递，可以将传感器技术类比为人体的各种感知器官。在工业环境中，传感器可以对所处环境微小的变化进行感知，并做出相应的反应，一般是表现为电信号的形式，现场的工作人员能够根据传感器发出的信号进行相应的调节，以达到控制机电系统稳定运行的目的。需要注意到，传感器是机电系统获取信号数据最主要的，也是最准确的方式，能够为开展相应的工作提供准确的依据。传感器技术发源于20世纪80年代，在当时属于领先行业，经过不断的理论研究与应用实践，现有的传感器产品种类已超过2万种，广泛应用于铸造、交通、汽车、金融、通讯、农业、机械制造、化工、能源、加点等众多的行业之中。

1.2传感器的种类

人们习惯地将传感器比作人的五感，表明了传感器功能的强大。传感器可以实现五大领域的信号检测工作，在机械自动化领域，借助传感器可以对位移、速度、加速度、扭矩、振动、作用力进行检测；在电磁学领域，可以对电流、电阻、电容、电压、电感等进行检测；在生物化学领域，可以对成分、浓度等进行检测；在工业过程控制领域，可以对流量、压力、湿度等进行检测；在辐射测量时，可以检测无限电磁波、射线以及微波。可以见得传感器技术具有十分广阔的应用空间和应用前景。根据传感器转换原理、检测对象、输出信号的性质、功能、结构以及使用方式的不同，可以对传感器技术进行各种不同的分类。在工程实际中，可以从能量的角度出发，对传感器进行分类，区分传感器是能量控制型还是能量转化型等，需要注意到，由于一些传感器的原理尚在探索阶段，因此无法对其进行定义。

2我国机械电子工程技术的应用现状

2.1机械电子工程技术在中小生产企业的应用较少

我国中小机械制造企业较多，部分企业对机器设备的要求一般不高，很多机械设备的操作还是依靠人工进行，很少采购智能化程度较高的机械设备。造成这种现象的主要原因是电子工程技术的机械设备价格普遍偏高，一般的中小企业无法承受，因此还是选择一些普通机械设备。

2.2机械电子工程技术尚不成熟

近些年，我国的机械电子工程技术虽然取得了较快发展，但是机械电子工程技术与国外发达国家相比尚不成熟，比如与德国相比差距还是较大，其主要原因有以下两点：第一，机械电子工程技术的发展需要芯片作为支撑，而我国在芯片领域的发展十分有限，芯片制造过于依赖国外；第二，我国当前机械电子工程技术在机械设备中应用的时间不长，智能化程度不高，基本属于半自动状态。

3传感器技术应用于机械电子行业的必要性

3.1传感器技术的优势

首先，传感器能够实现微小变化的测量，提供准确的数据，为进行精细的工业生产提供支撑。现代生产机械可以通过程序的编程进行自动化的操作，而传感器提供的数据资料就是程序运行的条件判据，传感器提供的准确数据确保了现代生产机械进行相应的动作。其次，借助各种传感器以及电子编程可以实现设备与设备信息的交互，构建起包含各个机电设备的互联互通的物联网，提供将设备构建网络化连接的可能，从而方便操作人员通过采集的各种信息，了解设备的运行情况，更好地进行生产指令的发布。

3.2传感器技术为机械电子的智能化发展提供助力

现代工业正在朝越来越智能化的方向不断发展，尤其是在机器人领域，各种人工智能的概念以及各种智能算法的出现不断地提高了机器人制造水平的发展，各种机器人也能够实现越来越多的智能操作，各种传感器设备就相当于机器人感知环境的器官，共同构建起机器人的感知系统，为机器人提供各种需求的数据。借助不同类型的传感器，可以采集温度、图像、距离、声音、外力等各种数据，同时能够对这些采集数据的准确性进行保证，确保机器人能够有足够准确的信息采集来源，然后可以借助各种预设的智能学习算法，对采集到的数据进行加工处理，进行不断的信息识别，数据库的数量与质量是机器人能够不断提高识别精度的保证，从而能够实现更加智慧的功能。因此，传感器技术通过为智能设备提供信息数据，为智能机械进行智能学习提供了足够的学习样本，从而为其进行智能决策提供信息保障。

4传感器技术在机械电子中的应用

区别于传统机械的手动型操作，数控机床是借助各种事先编写好的算法使得生产装置进行相应的工艺操作，操作人员只需要进行参数的设定工作，减少了操作过程中人员参与的需求，对于实现批量生产以及提高生产的精确度有重要的意义。但是在实际的生产过程中，由于各个工件之间肯定会存在细微的差距，因此在机床加工过程中，为了保证加工的精度模具与工件之间的相位位置与速度的过程检测是必要的。利用传感器技术就可以为解决这一问题提供思路，在数控机床的各个预设好的位置通常会安装各种传感装置，传感装置通过对信号的采集，可以将信号统一输出到信息处理和控制中心，控制中心借助各种算法对采集的数据进行加工处理，来获得模块与工件的相对位置关系，再根据人工预设的生产要求，调整好模具与工件的运动轨迹，实现精细化的加工，在加工过程中传感器会对工件与模具的状态实时进行检测比对，能够有效地减少加工误差，提高加工的精确度。除此之外，在加工过程中还可以应用各种温度传感器对重点产热部位的温度进行监视，当温度超过阈值时能够进行报警或自动停机，起到保护机电设备以及操作人员的作用，大大提高了操作加工过程中的安全性与可靠性。

结束语

随着现代科学的不断发展，传感器越来越多的应用于机械电子领域并成为一种发展趋势，为了不断推进我国工业朝着更加智能化、自动化、高效化的方向复杂，就应当不断丰富各种传感器技术，加大各种传感器在机械电子上应用的投入，保证机械电子能够朝着数字化、模块化和智能化的方向不断发展，实现可持续的发展要求。

参考文献

[1]刘德国.便携式实验平台在传感器实践教学中的应用[J].科技创新导报,2020,17(4):205-206.

[2]熊晓倩.嵌入式系统传感器的设计与应用研究[J].科技创新导报,2020,17(20):1-2,5.

[3]丁志超.光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究[D].北京:北京交通学,2021.

[4]瞿元昊.基于多传感器融合的移动机械臂导航地图构建[D].桂林:桂林电子科技大学,2021.